Cenu MUNI Innnovation Award obdržel Tomáš Homola z ÚFE

Dobrý den, Tomáši. Gratuluji Vám k udělení MUNI Innovation Award. Cenu jste obdržel za aplikaci plazmových povrchových úprav v oblasti tištěné elektroniky a aplikaci v praxi. Kde se zrodila myšlenka aplikovat plazmové úpravy pro tištěnou elektroniku?

K tomuto tématu jsem se dostal ještě v rámci doktorského studia, jehož část jsem v letech 2011 a 2012 strávil ve firmě v Singapuru. Tam jsem pracoval na kalibraci plazmového zdroje pro experimentální roll-to-roll linku, která produkovala velkoplošné flexibilní fólie s funkčními polovodičovými vrstvami.

Po doktorském studiu, prakticky přímo ze Singapuru, jsem nastoupil jako post-doc na Masarykovu univerzitu a tomuto tématu jsem se věnoval dále. Hlavně ve spolupráci s doc. Petrem Dzikem z Chemické fakulty VUT jsme v roce 2016 přišli s konceptem plazmatem modifikovaných polovodičových vrstev, které by mohly najít uplatnění pro levnou výrobu velkoplošných solárních článků pomocí metody roll-to-roll.

Díky dvěma PoC grantům z Centra pro transfer technologií jsem měl možnost věnovat se tomuto tématu nadále. Jednou z podmínek pro udělení PoC grantu bylo i získání tzv. Letter of Intent od komerčních firem, které podnikají v dané oblasti. Jednou z firem byla právě zmiňovaná Saule Technologies, která mi poskytla Letter of Intent v roce 2017 a od roku 2018 jsem mohl úspěšně realizovat svůj první PoC projekt a firmu informovat o pokrocích v této technologické oblasti.

Jakým způsobem plazmové aplikace upravují velkoplošně tištěné solární články?

Ústav fyzikální elektroniky má dlouhou tradici ve vývoji nových zdrojů atmosférického plazmatu, které nacházejí uplatnění i v průmyslové sféře. Základním principem je vytvoření plazmatu, které je teplotně nevyvážené. To znamená, že plazma obsahuje elektrony s vysokými teplotami, zatímco ostatní těžké částice mají nízkou teplotu. Tím pádem plazma nemůže poškodit objem opracovávaného materiálu, a tak je ve velké míře plazmatem modifikován jen povrch.

Jednou z nejjednodušších aplikací je efektivní čištění povrchu různých polovodičů před nanesením další funkční vrstvy. Nečistoty ve formě nano-kontaminací v tomto případě netvoří jen překážku pro dobrou homogenitu vrstvy po optické stránce, ale například i zhoršují optoelektronické vlastnosti jako například výstupní práci, a tím pádem negativně ovlivňují přestup nosičů elektrického náboje mezi vrstvami.

Klasické čištění polovodičů se provádí koupelemi v kyselinách nebo alkoholech, případně použitím kombinace UV záření a ozónu a trvá desítky minut. Plazmatem umíme tento proces realizovat v jednotkách sekund, přičemž výsledná zařízení, například solární články nebo OLED displeje, dosahují stejných výkonnostních parametrů.

Hlavní výhodou použití plazmatu je způsob, jakým může být tento proces integrovaný do výroby. Použití rychlých plazmových procesů lze včlenit přímo do roll-to-roll výrobních linek, kde se různé funkční vrstvy tisknou na flexibilní, levné a často tepelně citlivé substráty, jako jsou například PET fólie. To umožňuje nové výrobní koncepty levné elektroniky, které zase nachází uplatnění v nových výrobcích, jakou jsou například solární články třetí generace. Firma Saule Technologies například vyrábí solární články ve formě tenké fólie, která se dá nalepit na okno.

Jak se Vám podařilo navázat spolupráci se zahraniční firmou Saule?

V tomto případě byla těžištěm spolupráce dodávka plazmové technologie do výrobní linky, která se realizovala prostřednictvím firmy Roplass. Firma Roplass, s.r.o. je spin-off firmou Masarykovy univerzity. Založil ji ředitel centra CEPLANT prof. Mirko Černák s cílem významně posílit komercializaci vědeckých výstupů.

Pozitivní prezentace našich výsledků na různých zahraničních technologických výstavách vedla k důležitým kontaktům, které následně využíváme se správným načasováním, kdy firmy zavádějí nové výrobky, a tedy mění výrobní postupy. Podobně probíhají i další spolupráce. Úplně klíčový je v tomto případě výzkum realizovaný na MUNI, kde řešíme projekty i s různými zahraničními nebo českými firmami a pomáháme jim se zaváděním nových technologií do výroby.

Předpokládám, že se na výzkumu podílelo více Vašich kolegů nebo studentů. Jak velký byl Váš tým zabývající se touto problematikou?

Konkrétně na výzkumu použití plazmatu pro tištěnou a flexibilní elektroniku se na MUNI kromě mě podílí jen malá skupina studentů a doktorandů. Podstatnou roli v tomto případě tvoří kolegové z jiných institucí, se kterými spolupracujeme, například VUT v Brně nebo STU v Bratislavě. Například kolegové z VUT doc. Petr Dzik a dr. Jan Pospíšil nám pomáhají chemicky připravovat složení a následně tisk vrstev, pomáhali s výrobou prototypu a testem solárních článků. To samozřejmě vyžaduje přístrojovou infrastrukturu, kterou na MUNI zatím nemáme a v principu právě díky vynikající spolupráci ani nepotřebujeme. Díky tomu se na MUNI primárně soustředíme na vývoj plazmových zdrojů, jejich diagnostiku a hledání jejich uplatnění v nových aplikacích.

Na čem pracujete teď? Pokračujete v úspěšné spolupráci a vylepšujete nové postupy nebo se teď věnujete nějakému jinému aktuálnímu tématu?

Realizujeme experimenty zaměřené jednak na mineralizaci mezoporézních nanovrstev na bázi TiO₂, perovskitů, grafénu a různých jiných nových 2D nanomateriálů jakou jsou například MXény) a jiné.

Plazmatem upravené vrstvy se strukturovanými nanomateriály mají nové optoelektronické vlastnosti, lepší stabilitu a tyto vrstvy testujeme v různých aplikacích. Kromě klasických optoelektronických aplikací jsme dosáhli zajímavých výsledků i v oblasti fotokatalytického čištění odpadních vod pomocí nanomateriálů, kde dokážeme odstranit i velmi nízké koncentrace polutantů a biologických kontaminantů, které se běžnými metodami nedaří důkladně eliminovat. Na tomto tématu spolupracujeme s pracovišti ve Finsku, Španělsku ale i v Bratislavě.

Tomáši, děkuji za Váš čas a rozhovor. Přeji Vám další úspěšnou vědeckou práci.

Mgr. Tereza Schmidtová, Ph.D.